CN110597932A - 一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其通过数据信息***采集目标区域的卫星遥感图像和环境数据，建立基础数据库；然后根据基础数据库，获取建立环境模拟预测模型所需的参数；基于基础数据库和参数，建立环境模拟预测模型；并通过环境模拟预测模型模拟污染物浓度的时空分布；最近对模拟结果进行大数据分析及导入ArcGIS和网页平台,实现模拟结果的实时动态可视化显示。本发明能形象直观地展示出不同时刻、不同空间位置的污染物浓度分布及其动态变化情况；为应急处置提供一个形象、直观的表现平台,能有效地辅助应急决策。

Description

一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法

技术领域

本发明涉及环境预测评估领域，具体地说，特别涉及到一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法。

背景技术

目前对环境(大气、土壤和地下水)综合评估预测的方法主要有专业判断法，类比分析法，数学模型法和物理模型法。

其中，对于专业判断法，由于其可以定性地的判断大气、土壤和地下水环境影响。一般用于当环境影响问题较特殊，难以准确识别其环境影响特征或者无法利用常用方法进行环境影响预测时可以采用此种方法。

类比分析法属于定性或半定量预测，对于那些评估时间短、无法取得足够的数据，不能利用数学模型法或物理模型法来预测其环境影响时可采用此法。

数学模型法一般情况数学模型法比较简单，定量。

物理模型法能图示化地反映出比较复杂的地面环境的污染特征和污染物迁移的物理过程，但需要有合适的试验场所和条件以及必要的基础数据，制作这种模型需要较多的人力、物力和时间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法，采用物理和数学模型相结合的方法来图示直观分析大气、土壤和地下水综合环境的污染情况，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法，包括如下步骤：

1)通过数据信息***采集目标区域的卫星遥感图像和环境数据，建立基础数据库；

2)根据基础数据库，获取建立环境模拟预测模型所需的参数；

3)基于基础数据库和参数，建立环境模拟预测模型；

4)通过环境模拟预测模型模拟污染物浓度的时空分布；

5)对模拟结果进行大数据分析及导入ArcGIS和网页平台,实现模拟结果的实时动态可视化显示。

进一步的，所述步骤2)中环境模拟预测模型所需的参数包括模型的空间维数，模型所描述或所使用的时间尺度，污染的负荷、源和汇，模拟预测的范围，污染流动及混合输移和模型中的变量和动力学结构。

进一步的，所述步骤3)建立的环境模拟预测模型用于完整的模拟环境污染物从源头到空气和土壤、地下水扩散和污染物运动迁移的过程；

环境模拟预测模型包括污染源模块，空气扩散模块，土壤扩散模块和地下水扩散模块；模拟的公式如下：

模拟的公式如下：

式中，α是污染物；D是综合的纵向离散系数；V是污染扩散速度；λ是衰减系数；θ是空隙度；R是阻碍系数。

进一步的，所述步骤4)环境模拟预测模型的模拟过程如下：

4.1)污染物浓度的时空分布包括包括不同时刻、不同位置的污染物浓度；

4.2)采用颜色的深浅来标识污染物浓度值的大小，动态显示各时刻的污染物扩散运移过程；

4.3)按时刻顺序读取模拟计算输出数据文件中标记有时间和浓度信息的点位数据,生成污染面；

4.4)用ArcGIS平台将污染面制成地图元素Element；

4.5)将Element集合添加到地图图面并不断刷新地图。

进一步的，所述步骤5)通过对环境模拟预测模型的输入、输出格式进行调整，使其满足环境模拟预测模型与ArcGIS和网页平台连接的要求，实现模拟结果的实时动态可视化显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

形象直观地展示出不同时刻、不同空间位置的污染物浓度分布及其动态变化情况。为应急处置提供一个形象、直观的表现平台,能有效地辅助应急决策。

附图说明

图1为本发明所述的环境模拟预测模型的示意图。

图2为本发明所述的环境污染预测评估的***结构图。

图3为本发明所述的环境综合评估预测技术应用流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明所述的一种基于遥感影像的环境(大气、土壤和地下水)综合评估预测的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：基础数据库建设；

为了能够及时有效地判断污染等级以及污染时间，需要收集污染物相关的基础数据，主要包括：

(1)模型的空间维数；

(2)模型所描述(或所使用)的时间尺度；

(3)污染的负荷、源和汇；

(4)模拟预测的范围；

(5)污染流动及混合输移；

(6)模型中的变量和动力学结构。

步骤2：环境模拟预测模型

环境模拟预测模型可以模拟完整的环境污染物从源头到空气和土壤、地下水扩散和污染物运动迁移的过程。程序采用模块式结构组合，模型包括若干个计算模块(污染源模块、空气扩散模块、土壤扩散模块和地下水扩散模块)，各模块具有各自不同的功能，既可以单独使用，又可共同使用，比较灵活，便于处理多目标的环境污染扩散问题，尤其对于像石油天然气等大型区域的污染物泄露及水体灾害预测等。根据实际情况，可选择一个或几个模块进行处理。与其它模型相比，该环境模拟预测模型可以用于分析设计阶段以及决策管理阶段。在模拟具有复杂条件的污染传输时，模型将流域离散成多个子流域，根据各个子流域的地表性质，逐个模拟，这样可以很方便地解决多特征的污染流域模拟问题，为模型在大区域化的应用打下基础。具体步骤如下：

(1)该模拟区域的长期气象资料、降水量等长期变化趋势时空分布特征分析；选取污染区域内四区气象资料、降水量资料进行分析，在此基础上，进行季节性分析和空间变化分析。

(2)基础数据准备

基础数据准备工作包括：研究区域下垫面信息提取、子流域概化、模型整合化三部分。

(3)环境综合模拟模型建立

在充分研究污染区域内污染规律和下垫面特征的基础上，采用气象、水文与污染动力学相结合的方法，建立污染物综合模拟模型。该模型包括大气污染、地表产流、地表汇流和向地下水径流传输四部分。

地表产流和汇流子***主要模拟污染源及地表土壤层的污染扩散。地下水传输子***主要模拟从污染源、土壤污染的具体过程，演算至下游或溢流点，从而模拟完整的污染物扩散过程。

模拟的公式如下：

式中，α是污染物；D是综合的纵向离散系数；V是污染扩散速度；λ是衰减系数；θ是空隙度；R是阻碍系数。

步骤3，模拟结果展示及可视化

通过对以上环境综合评估预测模型的输入、输出格式进行调整，满足模型与ArcGIS和网页连接的要求，结合大数据的二次开发实现环境模拟结果的可视化。将模拟结果数据进行大数据分析及导入ArcGIS或网页平台,从而实现污染扩散的多维可视化,形象直观地展示出不同时刻、不同空间位置的污染物浓度分布及其动态变化情况。为应急处置提供一个形象、直观的表现平台,能有效地辅助应急决策。

本发明将卫星遥感影像与污染物扩散的三维建模生成的模型集成到一个平台，然后通过环境模拟预测模型及其子模块的具体划分来收集模型所需的各项数据，如图1所示，环境模拟预测模型及其子模块分为：污染源扩散模块、空气扩散模块、土壤扩散模块和地下水扩散模块。最后通过GIS平台和网页来实现三维动态模拟仿真及三维可视化。

如图2所示，为了将污染物扩散的三维建模生成的模型嵌入到GIS集成平台中，需要利用打开存储和管理多用户空间数据库的通路，将基础数据库所需的气象、土壤、和土地利用等资料通过数据处理接口提供给模型***和GIS集成平台。综合GIS平台除了具有GIS的基本功能外，还具有数据组织、管理与处理、数据信息查询、仿真技术、灾害预测和4D仿真等常用功能。

图2也出示了一个实施例中环境污染预测评估的***结构，包括具体各种基础数据库，环境综合预测模型和GIS信息和网页展示等。其中气象数据库将收集气象水文数据，还有土壤基础数据库和土地利用数据库，这些都为环境模拟预测模型提供实时、准确的数据。

模拟预测结果将结合GIS和大数据分析来进行具体的水域地质灾害综合预测。

图3为环境综合评估预测技术应用流程图。将数据信息***收集的数据和模拟结果传输到GIS等信息处理平台。如果数据模拟计算结果需要预警预报，将会通过MAS预警***预报结果到手机APP、网页等。

本发明提供的环境综合评估预测方法基于GIS综合集成建立一个可靠、快速且具有足够精确度的环境模拟预测和预警***，将为相关部门进行事故应急处置提供参考,使水污染等环境事故造成的经济社会损失减小到最低程度，最大程度的减免国家经济损失，减少不必要的市政投资，实现环境及经济效益的最大化。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过数据信息***采集目标区域的卫星遥感图像和环境数据，建立基础数据库；

2)根据基础数据库，获取建立环境模拟预测模型所需的参数；

3)基于基础数据库和参数，建立环境模拟预测模型；

4)通过环境模拟预测模型模拟污染物浓度的时空分布；

5)对模拟结果进行大数据分析及导入ArcGIS和网页平台,实现模拟结果的实时动态可视化显示。

2.根据权利要求1所述的基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其特征在于，所述步骤2)中环境模拟预测模型所需的参数包括模型的空间维数，模型所描述或所使用的时间尺度，污染的负荷、源和汇，模拟预测的范围，污染流动及混合输移和模型中的变量和动力学结构。

3.根据权利要求1所述的基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其特征在于，所述步骤3)建立的环境模拟预测模型用于完整的模拟环境污染物从源头到空气和土壤、地下水扩散和污染物运动迁移的过程；

环境模拟预测模型包括污染源模块，空气扩散模块，土壤扩散模块和地下水扩散模块；

模拟的公式如下：

式中，α是污染物；D是综合的纵向离散系数；V是污染扩散速度；λ是衰减系数；θ是空隙度；R是阻碍系数。

4.根据权利要求1或3所述的基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其特征在于，所述步骤4)环境模拟预测模型的模拟过程如下：

4.1)污染物浓度的时空分布包括包括不同时刻、不同位置的污染物浓度；

4.2)采用颜色的深浅来标识污染物浓度值的大小，动态显示各时刻的污染物扩散运移过程；

4.3)按时刻顺序读取模拟计算输出数据文件中标记有时间和浓度信息的点位数据,生成污染面；

4.4)用ArcGIS平台将污染面制成地图元素Element；

4.5)将Element集合添加到地图图面并不断刷新地图。

5.根据权利要求1所述的基于遥感影像的环境综合评估预测方法，其特征在于，所述步骤5)通过对环境模拟预测模型的输入、输出格式进行调整，使其满足环境模拟预测模型与ArcGIS和网页平台连接的要求，实现模拟结果的实时动态可视化显示。